DE3231987C2 - Verfahren zur Herstellung einer Cobaltsilicidschicht in einem Halbleiterbauelement - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Cobaltsilicidschicht in einem HalbleiterbauelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer Cobaltsilicidschicht in einem Halbleiterbauelement.
Es ist bekannt (J. Vac. Sc. Technol., 17(4), Jul./Aug. 1980, S. 775-792, insb.
S. 785 und 786), Cobaltsilicidelektroden als Elektrodenmetalli
sierungskontakte auf Silicium bei Halbleiter-Transistorbau
elementen, insbesondere Feldeffekttransistorbauelementen mit
isoliertem Gate, kommerziell zu verwenden. Wenn ein aus Cobalt
silicid bestehender Elektrodenmetallisierungskontakt auf Sili
cium bei einer Temperatur unterhalb etwa 550°C zu Verfahrens
beginn hergestellt wird, so wird eine derartige Elektrode im
wesentlichen in Form von Cobaltmonosilicid (CoSi) gebildet;
falls, wie dies gewöhnlich während der anschließenden Weiter
verarbeitung erwünscht ist, die Temperatur des hergestellten
Bauelements hernach auf einen Wert oberhalb etwa 600°C erhöht
wird, so wird das Cobaltmonosilicid in Cobaltdisilicid (CoSi₂)
übergeführt, wobei diese Umwandlung zu einer Vergrößerung des
Volumens des Cobaltsilicids führt. Eine derartige Volumenver
größerung kann unerwünschte Formänderungen hervorrufen, und
zwar ungeachtet dessen, daß ausreichend Leerraum (der z. B.
durch eine freigelegte Oberfläche des Cobaltsilicids vor
handen ist) da ist, in den sich das Cobaltdisilicid ausdehnen
kann.
Falls ein Kontakt auf Silicium unmittelbar als Cobaltdisilicid
kontakt zu Verfahrensbeginn hergestellt wird (vgl. Journal of
Applied Physics, Bd. 46, Nr. 10, Okt. 1975, S. 4301-4307),
indem Cobaltmetall in Berührung mit dem Silicium auf eine
Temperatur oberhalb etwa 550°C oder 600°C erwärmt wird, führt
die anschließende Notwendigkeit, die Verfahrenstemperatur auf
einen Wert oberhalb 900°C zu erhöhen (aus Gründen wie z. B.
das Gettern von Verunreinigungen, das Warmbehandeln von Schad
stellen oder das Fließen von Phosphosilikatglas = P-Glas), zu
einem unerwünschten Kornwachstum bei dem Cobaltdisilicid. Ferner
wird dadurch eine unerwünschte Wanderung von Silicium aus den
darunterliegenden Source- und Drainzonen in die Cobaltdisilicid
elektrode hervorgerufen. Die Erwärmung von Cobaltdisilicid auf
Temperaturen von oberhalb etwa 900°C vergrößert ferner in
unerwünschter Weise den elektrischen Widerstand des Cobalt
disilicids (was für eine Gateelektrode besonders unerwünscht
ist), und zwar vermutlich wegen der Vermischung des Cobalt
disilicids mit Silicium. Hinzu kommt, daß bei Temperaturen von
oberhalb etwa 600°C eine Reaktion von reinem Cobalt mit dem
gewöhnlich auf dem Halbleiterplättchen vorhandenen Silicium
oxid stattfindet, wodurch sich unerwünschte Komponenten bilden,
die sich nur schwer ohne nachteilige Auswirkung auf das Cobaltdi
silicid entfernen lassen. Des weiteren besitzt Cobalt oberhalb
etwa 600°C die Neigung, in der Nähe vorhandene(s) (n) Silicium
oder Phosphor mittels Diffusion anzuziehen, wodurch die Gate
elektrode in unerwünschter Weise verlängert und ggf. vorhan
denes, phosphordotiertes Glas (P-Glas) verschlechtert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge
nannten Art anzugeben, mit dem aus Cobaltdisilicid bestehende
Elektrodenkontakte auf Silicium gebildet werden, wobei uner
wünschte Formänderungen weitestgehend vermieden sind und
insbesondere eine spätere, unerwünschte Änderung des elektri
schen Widerstandes des Cobaltdisilicids vermieden wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene
Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Aufgrund der Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist eine Wärmebehandlung von Schadstellen nach der Herstellung
des Bauelements nicht mehr notwendig. Damit fehlt auch das un
erwünschte Kornwachstum. Die durch Cobaltmetall bewirkte un
erwünschte Diffusion von Silicium wird bei dem erfindungs
gemäßen Verfahren dadurch vermieden, daß das metallische
Kobalt vor einer Erwärmung auf Werte über 600°C aus den
kritischen Stellen entfernt wird (Merkmal c) des Anspruchs 1).
Die bei dem ganz am Anfang beschriebenen bekannten Verfahren
auftretende Volumenvergrößerung durch Umwandlung von Cobalt
silicid in Cobaltdisilicid wird durch das erfindungsgemäße
Verfahren vorweggenommen, so daß die bei dem bekannten Ver
fahren spät und damit unerwünscht auftretende Volumenvergrößerung
vermieden wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus Cobaltdisilicid
bestehende Elektrodenmetallisierungskontakte auf darunterlie
gendem poly- oder monokristallinem Silicium durch Sintern
(Wärmebehandeln) einer mit Silicium in Berührung stehenden
Cobaltsilicidschicht in oxidierender Atmosphäre bei einer
Temperatur von etwa 700°C oder darüber gebildet. Die oxi
dierende Atmosphäre enthält vorzugsweise wenigstens etwa 1
Vol.-% Sauerstoff. Auf diese Weise bilden sich Cobaltdisilicid
elektroden, die mit Siliciumoxid bedeckt sind. Der Silicium
bestandteil des Siliciumdioxids ist dabei aus der darunter
liegenden Siliciumschicht durch die Elektrode hindurch
diffundiert. Die resultierenden Cobaltdisilicid-Elektroden
sind relativ stabil während der nachfolgenden Verfahrens
schritte. Alternativ zu dem vorstehend Gesagten braucht
die Atmosphäre, in welcher die Cobaltsilicidschicht bei
700°C oder darüber gesintert wird, nicht unbedingt
oxidierend zu sein, wobei in diesem Falle das resultieren
de Cobaltdisilicid in einem gesonderten Aufbringungsvor
gang mit einer Siliciumdioxidschicht überzogen wird.
Unter dem nachstehend verwendeten Ausdruck "cobaltreiches
Silicid" sollen Cobaltsilicidverbindungen wie z. B. Co₂Si
verstanden werden, deren Cobalt/Silicium-Atomverhältnis
größer als das von Cobaltmonosilicid ist. Mischungen aus
Verbindungen von Cobaltmonosilicid und kobaltreichem Sili
cid, gleichgültig ob mit Cobaltdisilicid gemischt oder
nicht, werden vorliegend der Einfachheit halber als
"Cobaltsilicid" bezeichnet.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird
in einem Silicium-Halbleitersubstrat oder -körper eine
Feldeffekttransistorstruktur mit isoliertem Gate herge
stellt, und zwar mit Source- und Drainelektrodenmetalli
sierungskontakten auf dem Siliciumkörper oder mit Gate
elektrodenmetallisierungskontakten auf einem polykristalli
nen Siliciumgate oder mit beiden genannten Kontakten,
wobei alle diese Kontakte im wesentlichen aus Cobaltdi
silicid bestehen. Diese Metallisierungskontakte werden
dadurch gebildet, daß auf dem Silicium (Silici
umkörper oder -gate) befindliches Cobalt zuerst bei einer
relativ niedrigen Temperatur (typischerweise etwa 450°C)
und anschließend in einer oxidierenden Atmosphäre (die
typischerweise etwa 1% Sauerstoff enthält) bei einer
relativ hohen Temperatur (oberhalb etwa 700°C) gesin
tert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird auf die Haupt
oberfläche eines gemusterten Halbleiter-Siliciumplättchens,
auf dem der Transistor hergestellt wird, eine Cobaltmetall
schicht in einer gewünschten Dicke niedergeschlagen. Das
Maß oder Stadium der Musterung des Plättchens zum Zeit
punkt dieses Cobaltniederschlags hängt davon ab, ob man
eine Cobaltsilicidmetallisierung einer Gateelektrode oder
ob man Source- und Drainelektroden wünscht. Nach dem
Niederschlag der Metallschicht aus Cobalt wird das Metall
bei einer relativ niedrigen Temperatur (etwa 450°C) auf
das darunterliegende Silicium oder Polysilicium (= poly
kristallines Silicium), mit dem die Cobaltschicht in Be
rührung steht, aufgesintert, um Cobaltsilicid zu bilden.
Das nicht umgesetzte Cobalt, d. h., das in Berührung mit
siliciumfreien Bereichen (typischerweise Siliciumdioxid- oder
P-Glasbereiche) stehende Cobalt, wird durch selek
tives Ätzen entfernt, wodurch zwar das Cobalt, nicht aber
das Cobaltsilicid entfernt wird. Anschließend - jedoch
vor jeder weiteren, eine Erwärmung beinhaltenden Verar
beitung (was zu unerwünschten Formänderungen aufgrund
der die Bildung von Cobaltdisilicid begleitenden Volumen
änderung führen würde) wird das Cobaltsilicid erneut
gesintert, und zwar dieses Mal in einer oxidierenden
Atmosphäre (welche typischerweise etwa 2% Sauerstoff
enthält) bei einer relativ hohen Temperatur (typischer
weise etwa 700 bis 950°C oder darüber), um Elektroden
aus Cobaltdisilicid zu bilden.
Bei der Bildung einer Source- und Drainelektrodenmetalli
sierung im Anschluß an die erfindungsgemäße Herstellung
der Cobaltdisilicidelektroden wird in vorteilhafter
Weise auf dem Cobaltdisilicid in-situ dotiertes Poly
silicium niedergeschlagen, um eine gute Stufenabdeckung
für den weiteren Niederschlag einer Aluminiummetallisierung
auf dem Polysilicium zu erhalten und gleichzeitig das
Cobaltdisilicid gegen unerwünschte Reaktionen ("Nadelbil
dung") des Aluminiums mit dem Cobaltdisilicid in den Source- und
Drainbereichen zu schützen, was andernfalls Wärmebe
handlungen des Plättchens bei oder über etwa 400°C erforder
lich machen könnte.
Die elektrischen Widerstände der resultierenden, erfin
dungsgemäß hergestellten Cobaltdisilicidelektroden können
Werte bis herab auf 20 µOhm · cm annehmen, wobei die Kon
taktwiderstände im wesentlichen gleich oder kleiner als
diejenigen Kontaktwiderstände sind, die man bei Verwendung
von unmittelbar in Kontakt mit Silicium oder Polysilicium
stehendem Aluminium erhält. Des weiteren sind diese
Cobaltdisilicidelektroden in geeigneter Weise stabil gegen
eine unerwünschte Wanderung von Cobalt, die sich andern
falls während der weiteren Transistorherstellungsschritte
bei den relativ hohen Temperaturen (oberhalb etwa 600°C)
einstellen würde, welche gewöhnlich zum Gettern von Verun
reinigungen, zum chemischen Dampfniederschlag von Phospho
silicatglas, zur elektrischen Isolation oder zum chemischen
Dampfniederschlag von zu Dichtungszwecken benutztem Silicium
nitrid erforderlich sind. Es versteht sich jedoch, daß die
relativ hohe Temperatur (700 bis 900°C oder darüber), bei
der das Cobaltdisilicid in der oxidierenden Atmosphäre
stabilisiert wird, nicht so hoch wie die höchste, nach
folgend verwendete Verarbeitungstemperatur zu sein braucht.
Theoretische Überlegungen zeigen, daß die oxidierende
Eigenschaft der Atmosphäre, in welcher das Cobaltdisilicid
bei oder oberhalb von 700°C stabilisiert wird, für die
Vermeidung einer Bildung von Cobaltmonosilicid oder von
cobaltreichen Siliciden sowie für die Ermöglichung eines
dünnen (etwa 5 bis 7 nm dicken) Überzuges aus Siliciumdioxid
auf der Cobaltdisilicidschicht günstig ist, wobei dieser
Überzug wiederum zur Unterdrückung einer anschließenden
Diffusion zwischen dem Cobaltdisilicid und in der Nähe
befindlichem Silicium oder Phosphor günstig ist. Die
Brauchbarkeit der vorliegenden Erfindung hängt indessen von
der Richtigkeit dieser theoretischen Überlegungen nicht ab.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 bis 6 Querschnitte durch die verschiedenen Herstellungs
stadien eines Feldeffekttransistors mit isoliertem
Gate gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
Zur Klarstellung sei darauf hingewiesen, daß keine der Zeich
nungen maßstäblich ist.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, werden zur Herstellung eines
Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate auf einem Silicium
plättchen oder -körper 11 nacheinander eine Feld
oxidschicht 12, eine Gateoxidschicht 13, eine Polysilicium
schicht 14, eine mit Öffnungen versehene, gemusterte
Siliciumdioxid-Maskierungsschicht 15 und eine Cobaltmetall
schicht 16 aufgebracht. Die Polysiliciumschicht 14 hat
eine Dicke, die gewöhnlich im Bereich von etwa 200 bis
500 nm, typischerweise etwa 300 nm liegt. Die Cobaltschicht
16 hat eine Dicke, die gewöhnlich im Bereich von etwa 30
bis 70 nm, typischerweise etwa 50 nm liegt. Diese Cobalt
schicht läßt sich beispielsweise mittels bekannter Argon
ionen-Sprühtechniken bei Raumtemperatur oder mittels Auf
dampfen niederschlagen, wobei im letztgenannten Falle der
Siliciumkörper auf etwa 200 bis 250°C gehalten wird, wie
dies beispielsweise in dem Aufsatz von G.J. VanGurp et al.
in der Zeitschrift "Journal of Applied Physics", Bd. 46,
1975, Seiten 4308 bis 4311, insbesondere Seiten 4308 bis
4309 beschrieben ist. Die so hergestellte Struktur wird
hernach in einer inerten Atmosphäre, beispielsweise Form
gas (Stickstoff mit etwa 15 Vol.-% Wasserstoff) bei einem
Druck von 1 at erwärmt, so daß die Cobaltschicht 16 auf
eine erste Temperatur im Bereich von etwa 400 bis 550°C,
typischerweise etwa 450°C, über einen Zeitraum von typischer
weise etwa 2 Stunden erwärmt wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht,
wird infolge dieser ersten Wärmebehandlung die Cobaltschicht
16 in eine Cobaltsilicidschicht 18 an den Bereichen überge
führt, wo sich die Cobaltschicht 16 in unmittelbarem Kontakt
mit der Polysiliciumschicht 14 befindet. Die Cobaltschicht
16 bleibt dagegen an den Bereichen, wo sie über der Maskie
rungsschicht 15 liegt, eine Cobaltschicht 26 (Fig. 2).
Anschließend wird die Cobaltschicht 26 entfernt, beispiels
weise mittels einer Ätzbehandlung der Struktur mit einer
Säurelösung, die typischerweise aus einer 5 : 3 : 1 : 1 Volumen
mischung aus konzentrierter Essigsäure, Salpetersäure,
Phosphorsäure und Schwefelsäure besteht (vgl. C. J.
Smithells "Metals Reference Handbook", Bd. 1, 6. Auflage, 1983 10.3.6),
wodurch die Cobaltsilicidschicht 18 intakt bleibt, wie in
Fig. 3 veranschaulicht ist.
Anschließend wird der freigelegte Bereich der Siliciumdi
oxid-Maskierungsschicht 15 entfernt, beispielsweise mittels
selektiver Ätzung mit gepufferter Flußsäure (BHF), wo
bei die Cobaltsilicidschicht 18 als Schutzmaske gegen die
Ätzwirkung benutzt wird. Im weiteren Verlauf werden die
freigelegten Bereiche der Polysiliciumschicht 14 entfernt,
beispielsweise mittels Plasmaätzung oder reaktiver Ionen
ätzung, wobei wiederum die Cobaltsilicidschicht 18 als
Schutzmaske gegen die Ätzwirkung benutzt wird. Als nächstes
werden die freigelegten Bereiche der Siliciumdioxidschicht
13 mit einer Lösung wie z. B. handelsüblicher gepufferter Fluß
säure (30 : 1) geätzt, wodurch jedoch die Cobaltsilicid
schicht 18 nicht entfernt wird. Der restliche, verdünnte
Polysiliciumschichtabschnitt 24 und ein Siliciumdioxid
schichtabschnitt 23 liegen dann unter der Cobaltsilicid
schicht 18. Diese Cobaltsilicidschicht 18 wird nunmehr in
Cobaltdisilicid übergeführt.
Nach Reinigung der oberen Oberfläche der Struktur, typischer
weise mit handelsüblicher gepufferter Flußsäure (30 : 1)
über einen Zeitraum von etwa 30 bis 60 Sekunden, wird die
soweit hergestellte Struktur einer zweiten Wärmebehandlung,
dieses Mal in einer oxidierenden Atmosphäre, bei einer
zweiten Temperatur von zumindest 700°C, gewöhnlich im Bereich
von etwa 700 bis 1000°C und typischerweise von etwa 900°C,
über einen Zeitraum von einer halben Stunde unterzogen.
Diese oxidierende Atmosphäre ist in vorteilhafter Weise
ein inertes Gas, wie z. B. Argon, das mit Sauerstoff in
einer molaren Konzentration im Bereich von etwa 1 bis 5%,
typischerweise etwa 2%, gemischt ist. Infolge dieser
letztgenannten Wärmebehandlung wird die Cobaltsilicid
schicht 18 in eine Cobaltdisilicidschicht 28 (Fig. 4) über
geführt.
Für die meisten Transistorbauelementeanwendungen, insbe
sondere Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, ist
es wichtig, daß die Cobaltdisilicidschicht 28 nicht in
die darunterliegende Siliciumdioxidschicht 23 eindringt;
es sollte deshalb für die Polysiliciumschicht 14 eine
entsprechend große Dicke gewählt werden, so daß nach
erfolgter chemischer Reaktion ein Teil der Polysilicium
schicht 24 noch unter der Cobaltdisilicidschicht 28 ver
bleibt. Das restliche Polysilicium steht dann gegebenen
falls zur Bildung (mittels Diffusion) von Siliciumdi
oxid als Isolator auf der Oberseite des Cobaltdisilicids
zur Verfügung.
Anschließend werden die n⁺-Source- und Drainzonen 21 und
22 gebildet, beispielsweise mittels herkömmlicher Ionen
implantation und -diffusion von Donatoren, wobei die kom
binierte Cobaltdisilicidschicht 28 und Polysiliciumschicht
als (selbstausgerichtete) Schutzmaske gegen das Ein
dringen von Dotierstoff unter die darunterliegenden Schich
ten dient.
Anschließend werden eine Phosphosilikatglas-(P-Glas)-
Schicht 25 und eine mittels chemischen Dampfniederschlages
aufgebrachte Siliciumnitridschicht 26 aufeinanderfolgend auf
der Struktur, bei erhöhten Temperaturen typischerweise im
Bereich von etwa 700°C bis 900°C bzw. etwa 700°C bis 800°C
gebildet. Die mittels chemischen Dampfniederschlags aufge
brachte Siliciumnitridschicht wird dann an ausgewählten
Stellen z. B. mittels Plasmaätzung isotropisch geätzt, wo
bei diese ausgewählten Stellen über denjenigen Bereichen
der Source- und Drainzonen 21 und 22 liegen, wo die Source- und
Drainelektrodenkontakte auf dem Silicium gebildet
werden sollen. Dabei wird eine gemusterte Siliciumnitrid
schicht 26 (Fig. 5) gebildet, was zum Schutz des herzu
stellenden Transistors gegen solche Verunreinigungen wie
z. B. Wasserstoff günstig ist. Hernach wird die P-Glas
schicht z. B. mittels Ionenstrahlätzung selektiv anisotro
pisch geätzt, um eine gemusterte P-Glasschicht 25 zu bil
den und die darunterliegenden Bereiche der Source- und
Drainzonen 21 und 22 freizulegen.
Anschließend wird eine weitere Cobaltschicht, deren Dicke
im Bereich von etwa 10 bis 70 nm, typischerweise bei etwa
50 nm, liegt, niedergeschlagen. Die Struktur wird dann
auf eine relativ niedrige Temperatur von 400 bis 550°C,
typischerweise etwa 450°C, über einen Zeitraum von einer
halben Stunde erwärmt, so daß sich die letztgenannte Cobalt
schicht mit dem Silicium unter Bildung von Cobaltsilicid
elektroden 31 und 32 an den freigelegten Bereichen der
Source- und Drainzonen 21 und 22 verbindet. Das restliche
Cobalt an den komplementären Bereichen der Struktur wird
entfernt, beispielsweise mittels einer Säureätzung (wie
dies z. B. vorstehend in Verbindung mit der Cobaltsilicid
schicht 18 beschrieben wurde), ohne daß das Cobaltsilicid
mitentfernt wird. Nach Reinigung der Struktur, typischer
weise mit handelsüblicher gepufferter Flußsäure (30 : 1),
werden die Cobaltsilicidelektroden 31 und 32 in Cobalt
disilicidelektroden 41 und 42 mit Hilfe einer vorstehend
in Verbindung mit der Bildung der Cobaltdisilicidschicht
28 beschriebenen Erwärmung übergeführt, d. h., durch Er
wärmen in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Tempera
tur im Bereich von etwa 700 bis 1000°C, typischerweise
etwa 900°C über einen Zeitraum von einer halben Stunde.
Diese Cobaltdisilicidelektroden stehen mit den Source- und
Drainzonen 21 bzw. 22 in direktem Kontakt.
Anschließend wird eine Polysiliciumschicht, die vorzugs
weise in-situ mit Phosphor dotiert ist (die Dotierung
erfolgt dabei während des Aufbringens der Schicht),
über der gesamten oberen Oberfläche der bis dahin herge
stellten Struktur aufgebracht. Dann wird zwecks Getterung
von Verunreinigungen die Struktur auf eine Temperatur
im Bereich von etwa 950 bis 1000°C typischerweise in
einer Phosphortribromid-(PBr₃)-Dampfatmosphäre mit etwa
2% Sauerstoff in Stickstoff über einen Zeitraum von etwa
30 Minuten erwärmt.
Anschließend wird beispielsweise mittels Aufdampfens auf
der zuletzt aufgebrachten Polysiliciumschicht eine Alu
miniumschicht niedergeschlagen. Die Aluminium- und Poly
siliciumschichten werden mit Hilfe herkömmlicher Maskie
rung und Ätzung selektiv geätzt, um eine Polysilicium
metallisierungsschicht 33 und eine Aluminiummetallisierungs
schicht 34 zu bilden, die für die Zwischenverbindung
der Source- und Drainzonen 21 und 22 der Transistorstruktur
100 geeignet sind. Die Polysiliciumschicht 33 dient zur
Ermöglichung einer guten Metallisierungsstufenüberdeckung
sowie zur Errichtung einer wünschenswerten Sperre gegen
eine Diffusion zwischen dem Aluminium und dem Cobaltdisili
cid. Schließlich wird eine im Plasma aufgebrachte Silicium
nitridschicht 35 auf der gesamten oberen Oberfläche der
Struktur 100 ausgebildet, um das darunterliegende Bauelement
abzudichten und zu schützen.
Die phosphordotierte Polysiliciumschicht 33 bleibt gegen
eine unerwünschte Vermischung mit dem darunterliegenden
Cobaltdisilicid solange stabil, als alle weiteren Ver
fahrensschritte unterhalb etwa 950°C ausgeführt werden.
Falls die Polysiliciummetallisierungsschicht 33 mit Bor
anstelle von Phosphor dotiert wird, tritt aufgrund der
Vermischung des Polysiliciums mit dem darunterliegenden
Cobaltdisilicid eine unerwünschte Instabilität auf, sofern
ein nachfolgender Verfahrensschritt oberhalb von etwa 800°C
ausgeführt wird; aus diesem Grund erfolgen im Falle einer
Bordotierung alle nachfolgenden Verfahrensschritte vorzugs
weise bei Temperaturen gut unterhalb 800°C, wie z. B. etwa
500°C.
Bei einem typischen Beispiel betrugen die ungefähren
Dickenabmessungen der verschiedenen Schichten:
Feldoxidschicht 12|1000 nm | |
Gateoxidschicht 13 | 25 nm |
Polysiliciumschicht 14 | 300 nm |
Maskierungsoxidschicht 15 | 150 nm |
P-Glasschicht 25 | 1500 nm |
Nitridschicht 26 (chem. Dampfniederschlag) | 120 nm |
Polysiliciumschicht 33 | 350 nm |
Aluminiumschicht 34 | 1000 nm |
Nitridschicht 35 (Plasmaniederschlag) | 1200 nm |
Es versteht sich, daß die vorstehenden Erläuterungen
der verschiedenen Schritte zur Bildung der Struktur 100
nur beispielhaft sind und die Verwendung zahlreicher Ver
feinerungen, Substitutionen und Zusätze, wie z. B. weitere
Reinigungs- und Wärmebehandlungsschritte nach dem Stand
der Technik, nicht ausschließen. Ferner kann die mittels
chemischen Dampfniederschlags hergestellte Nitridschicht 26
in Fällen weggelassen werden, in denen das "Heißelektronen"-
Problem (das z. B. durch unerwünschte Wechselwirkungen
bezüglich Wasserstoff im Gateoxid hervorgerufen wird) keine
ernsthafte Rolle spielt (beispielsweise dann, wenn die
Source-Drain-Betriebsspannung etwa 5 Volt nicht übersteigt).
Trotzdem die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungs
beispiels erläutert wurde, lassen sich zahlreiche Abwand
lungen vornehmen, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
Die zweite Wärmebehandlung in der oxidierenden Atmosphäre
erzeugt eine dünne (etwa 5 bis 10 nm dicke) Schicht aus
Siliciumdioxid auf der Oberfläche des Cobaltdisilicids, wo
bei das in dieser Siliciumdioxidschicht umgesetzte Silicium
aus der darunterliegenden Polysiliciumschicht heraufdiffun
diert ist. Alternativ zu dieser zweiten Wärmebehandlung in
oxidierender Atmosphäre kann auf die Cobaltsilicidschicht
vor einer Wärmebehand
lung bei 700°C oder darüber zwecks Überführung des Cobalt
silicids in Cobaltdisilicid eine Siliciumdioxidschicht
beispielsweise mittels eines chemischen Dampfniederschlags
aufgebracht werden.
Die Technik zur erfindungsgemäßen Herstellung der relativ
stabilen Cobaltdisilicidelektroden läßt sich zur Herstellung
derartiger Elektroden auch bei anderen elektronischen Bau
elementen anwenden. Ferner können die erfindungsgemäß her
gestellten Cobaltdisilicidelektroden nur für die Gateelek
trode in Verbindung mit anderweitig hergestellten Elektro
den für die Source- und Drainkontakte oder umgekehrt sowie
in Verbindung mit anderen Techniken zum elektrischen Iso
lieren von Gate, Source und Drain und schließlich in Ver
bindung mit anderen Techniken (als die beschriebene
Technik eines Siliciumnitridniederschlags im Dampf oder
im Plasma) zum Abdichten der Bauelementestruktur vorge
sehen werden. Schließlich lassen sich zwischen den vor
stehend erläuterten Schritten zur Cobaltdisilicidbildung
und Aluminiummetallisierung zahlreiche Wärmebehandlungs
schritte, typischerweise bei Temperaturen im Bereich von
450 bis 950°C, einschieben.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung einer Cobaltsilicidschicht in einem Halbleiterbauelement, bei dem
- a) eine Cobalt-Metallschicht auf einen strukturierten Silicium wafer, der freiliegende Silicumabschnitte aufweist, nieder geschlagen wird,
- b) das Cobalt auf 400 bis 500°C erwärmt wird, um eine Cobalt silicidschicht auf den freiliegenden Siliciumabschnitten zu bilden,
- c) das nicht umgesetzte Cobaltmetall selektiv entfernt wird und
- d) die Cobaltsilicidschicht zur Umsetzung in eine Cobaltdisili cidschicht in oxidierender Gasumgebung oder bei körperlichem Kontakt zwischen der Cobaltsilicidschicht und einer Siliciumdioxid schicht auf mindestens 700°C erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt b) auf etwa 450°C erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt d) die oxidierende Umgebung 1 bis 5 Vol.-%,
vorzugsweise etwa 2 Vol.-%, Sauerstoff, Rest Inertgas, enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Schritt d) eine halbe Stunde lang auf 700 bis 1000°C,
vorzugsweise auf 900 bis 950°C, erwärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine in-situ dotierte Polysiliciumschicht auf der Cobalt
disilicidschicht niedergeschlagen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Aluminiumschicht auf der Polysiliciumschicht nieder
geschlagen wird.
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